Caratteristiche elettriche delle linee di trasmissione
Figura 1: Schema del circuito equivalente di un conduttore
Bild 1: Figura 1: Schema del circuito equivalente di un conduttore
Caratteristiche elettriche delle linee di trasmissione
I conduttori elettrici per l’alimentazione di vari dispositivi con energia elettrica si trovano ovunque. In particolare nell’elettronica delle comunicazioni, tuttavia, i cavi hanno una funzione diversa dal semplice trasporto di energia, come la trasmissione di messaggi telefonici.
Tuttavia, un messaggio su una linea telefonica non raggiunge il destinatario in modo invariato per oltre 100 chilometri, ma è soggetto a molte influenze lungo la linea che influenzano il segnale.
Se si confronta il segnale di uscita di una linea con il segnale di ingresso, si noteranno cambiamenti che hanno le seguenti cause.
- Distorsioni,
- attenuazione o
- differenze di ritardo alle diverse frequenze di ingresso.
Poiché ogni linea ha caratteristiche diverse, ma tutte le linee sono soggette alle stesse influenze, è possibile tracciare un diagramma del circuito equivalente per una linea, come mostrato nella Fig. 1. Sulla linea agiscono una resistenza ohmica in serie R, un’induttanza L, un conduttanza d’isolamento G e una capacità C.
Figura 2: Calcolo della resistenza di un conduttore a sezione circolare
Figura 2: Calcolo della resistenza di un conduttore a sezione circolare
Resistenza ohmica in serie R
Ogni conduttore, per quanto buono, presenta una resistenza al passaggio della corrente,
poiché gli elettroni in movimento incontrano sempre nuclei atomici e sono quindi in qualche modo rallentati.
La resistenza può essere espressa come segue:
| R = ρ· | l | in [Ω] |
R = resistenza in serie in [Ω] l = lunghezza del conduttore in [m] A = sezione del conduttore in [mm²] ρ = resistenza elettrica specifica in [Ω·mm²/m] |
(1) |
| A |
Il parametro è specificato nelle schede tecniche per una lunghezza di cavo definita, ad esempio 1 km, e viene indicato come rivestimento di resistenza. Si calcola con la seguente formula:
| R’ = | R | in | Ω | (2) |
| l | km |
Induttanza L
Intorno a ciascun conduttore portatore di corrente si forma un campo magnetico. Il campo magnetico cambia in proporzione alla tensione alternata applicata. Ciò induce una tensione nel conduttore che ne contrasta la causa. Questa tensione indotta indebolisce quindi il flusso di corrente. La dimensione dell’induttanza L dipende dai seguenti parametri:
- lunghezza del conduttore,
- sezione del conduttore e
- distanza tra il conduttore di andata e quello di ritorno.
Il parametro è specificato nelle schede tecniche per una lunghezza di cavo definita, ad esempio 1 km, e viene indicato come valore di induttanza. Si calcola con la seguente formula:
| L’ = | L | in | mH | (3) |
| l | km |
Conduttanza dell’isolamento G
In pratica, non esiste un isolante ideale che sia privo di flusso di corrente. Pertanto, anche nel caso di una linea bifilare isolata, esiste sempre una certa corrente di dispersione che passa attraverso l’isolamento dal conduttore di andata al conduttore di ritorno. Il valore della conduttività è indicato con la lettera G ed è talvolta chiamato anche resistenza trasversale o perdita. La conduttività di un isolamento è pari al reciproco della sua resistenza ohmica. L’unità di misura del valore di conduttività è S („Siemens“).
| G = | 1 | in [S] | (4) |
| R |
Il parametro è specificato nelle schede tecniche per una lunghezza di cavo definita, ad esempio 1 km, e viene indicato come valore di conduttanza. Viene calcolato con la seguente formula:
| G’ = | G | in | S | (5) |
| l | km |
Capacità di linea C
Ogni utenza ha un resistore in corrispondenza del quale la tensione cade. Se questa tensione viene portata all’utenza attraverso una linea, si crea un gradiente di potenziale tra il conduttore di alimentazione e quello di ritorno.
Figura 3: Formazione di una capacità di linea
Figura 3: Formazione di una capacità di linea
Per questo motivo, le linee di andata e di ritorno si comportano come le piastre di un condensatore. Questo accoppiamento attraverso il campo elettrico è descritto dalla capacità C.
Il parametro è specificato nelle schede tecniche per una lunghezza di linea definita, ad esempio 1 km, e quindi etichettato come capacità di rivestimento. Questa viene calcolata con la seguente formula:
| C’ = | C | in | nF | (6) |
| l | km |
Impedenza Z
Il termine „impedenza del conduttore“ è utilizzato anche per le applicazioni ad alta frequenza. Questa variabile è la resistenza Z della corrente alternata. È il quoziente della tensione alternata complessa u(t) dipendente dal tempo e della corrente alternata complessa i(t) dipendente dal tempo. L’impedenza è composta da una parte reale (resistenza ohmica R) e da una parte immaginaria (reattanza X). La dimensione dell’impedenza di un cavo è indipendente dalla sua lunghezza. Questo termine sarà discusso più avanti in dettaglio in relazione al cavo coassiale.